沟槽MOSFET栅极多晶硅空隙缺陷问题研究及工艺优化

摘要

近年来,许多电子设备都向着体积越来越小而效率却相应提高的方向发展。沟槽MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor金属氧化物半导体场效应晶体管)技术正是在这样的背景下发展起来的。沟槽MOSFET是一种新型垂直结构器件,因其拥有开关速度快、温度特性好、频率性能好、输入阻抗高、驱动功率小、无二次击穿问题等等优点,已经广泛应用在电源管理模块、稳压器、机电控制、显示控制、汽车电子等领域。最重要的,由于沟槽MOSFET的沟道是垂直的,可进一步提高沟道密度,减小半导体器件尺寸。而半导体器件尺寸的减小也正积极响应了摩尔定律,是集成电路现在以及未来的发展方向。具有沟槽结构的栅极工艺是沟槽MOSFET器件制造中最核心也是最独特的工艺技术,任何栅极的工艺缺陷都极有可能导致半导体器件电性参数改变、可靠性较低甚至是器件时效。因此栅极工艺的优化对沟槽MOSFET器件性能、可靠性以及产品良率的提高具有极其重要的意义。
　　本文首先简单介绍了MOSFET技术的应用与发展,再由VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET垂直导电双扩散MOSFET)与沟槽MOSFET的结构对比,引入沟槽MOSFET栅极相关制作工艺的介绍,包括干法刻蚀工艺、热氧化工艺以及化学气相沉积工艺等等,并根据栅极各工艺原理着重分析了沟槽MOSFET栅极多晶硅空隙缺陷的成因,最后根据工艺理论与生产实践以及实验结果总结出有效的解决空隙缺陷问题的工艺优化法。该工艺优化法包括沟槽剖面结构的优化、栅氧工艺优化以及化学气相沉积多晶硅工艺优化等方面。利用该工艺优化法可以完全解决沟槽MOSFET栅极多晶硅空隙缺陷,从而改善半导体相关器件的电性参数,提高产品良率,降低了报废问题。

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第一章 绪论

1.1集成电路制造以及半导体材料简介

1.2 MOSFET及沟槽MOSFET简介

1.3沟槽MOSFET栅极多晶硅层空隙缺陷问题简介

1.4改善沟槽MOSFET栅极多晶硅层空隙缺陷的重要性

1.5课题内容、背景与意义

第二章 沟槽MOSFET栅极结构及工艺

2.1沟槽MOSFET栅极结构与工艺流程简介

2.2硅槽制作工艺简介

2.3沟槽MOSFET栅氧化层工艺简介

2.4沟槽MOSFET栅多晶硅层工艺简介

第三章 沟槽MOSFET栅极多晶硅空隙缺陷的成因分析

3.1沟槽MOSEFT栅极多晶硅空隙缺陷形成的直接原因

3.2 LPCVD多晶硅工艺对空隙缺陷的影响

3.3沟槽剖面结构对空隙缺陷的影响

3.4栅氧工艺对空隙缺陷的影响

第四章 改善沟槽MOSFET栅极多晶硅空隙缺陷的工艺优化法

4.1沟槽剖面结构的优化

4.2栅氧层厚度均匀性的改善

4.3 LPCVD多晶硅工艺的优化

4.4沟槽MOSFET栅极工艺优化法总结

4.5 TP-O-P工艺优化法的优点和不足

第五章 结论与意义

参考文献

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